TWI414335B - 決定附球控制器的位置與移動 - Google Patents

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Description

決定附球控制器的位置與移動
本發明大致地關於追踪遊戲場地中之遊樂控制器的位置，且更特定地關於使用視覺資訊以追踪包含球附件之遊樂控制器的位置與移動。
視頻遊樂產業已在近年來呈現許多的改變，當計算能力擴大時，視頻遊樂的發展者亦同樣地利用該等計算能力上的增加以創作遊戲軟體；為此目的，視頻遊樂發展者正在將結合精密操作及數學之遊樂編碼，以產生極為逼真的遊戲經驗。
遊戲平台的實例可係Sony Playstation、Sony Playstation2(PS2)、及Sony Playstation3(PS3)，其係各自地以遊樂控制台的形式販售。例如，熟知的是，遊樂控制台係設計連接至監測器(通常係電視機)且使使用者能透過手持式控制器互動。遊樂控制台係以特殊處理的硬體、韌體、及軟體而設計，該硬體包含CPU、用以處理密集圖形操作的圖形合成器、用以執行幾何轉換的向量單元、及其他黏合的硬體。進一步地，該遊樂控制台係設計有光碟托盤，用以接受遊戲小型碟片以供透過該遊樂控制台的區域性遊戲之用。線上遊戲亦係可能的，其中使用者可在網際網路上相對於或伴隨著其他的使用者而互動地遊戲。
當遊戲複雜度持續吸引玩家時，遊戲及硬體製造商亦持續創新以致能額外的互動性以及電腦程式。在電腦遊樂產業中之成長趨勢在於發展可增加使用者與遊戲系統之間的互動之遊戲。達成更豐富的互動經驗之一方式係使用其移動係由遊戲系統所追踪以便追踪遊戲者的動作之無線式遊樂控制器，且使用該等移動做為遊戲的輸入。一般而言，姿勢輸入表示具有諸如電腦系統、視頻遊樂控制台、精靈電具等之電子裝置，而反應於藉由追踪目標之攝影機所捕捉的一些姿勢。
然而，現行的目標追踪蒙受捕捉準確度之害；此問題係因習知的影像分析僅可在二維中產生使用者位置之少許可靠測量所致，例如控制器所感知之形狀的細微變化會使控制器之水平及垂直位置的決定不可靠，且易受雜訊影響。此外，決定攝影機與被追踪目標之間的距離亦係困難的，例如由於朝向或遠離攝影機之移動所造成之形狀中的細微改變並未提供足夠資訊以便能可靠地計算攝影機與控制器之間的距離。
因此，本發明的實施例產生於本文之內。
本發明之實施例提供用以決定遊樂控制器在遊戲場地中的位置之方法、系統及電腦程式，附著於該遊樂控制器之球部協助使用視覺資訊以定位控制器。
應理解的是，本發明可以以諸如程序、設備、系統、裝置或電腦可讀取媒體上之方法的許多方式來加以實施。下文將敘述本發明之若干發明性的實施例。
在一實施例中，電腦實施決定遊樂控制器在遊戲場地中的位置之方法，該方法獲得出現有該遊樂控制器之該遊戲場地的影像，且然後搜尋與球部相關聯之該影像中的像素；該方法進一步建立包含所搜尋出之該等像素的區域，且根據與該球相關聯之該區域以決定一幾何形狀，該控制器的位置係根據該幾何形狀、與指示該控制器的水平及垂直位置之該幾何形狀的中心、及決定該控制器在該遊戲場地內的深度之該幾何形狀的尺寸而計算出，該位置係儲存於記憶體中且使用以藉由該電腦來驅動一動作。
在另一實施例中，出現有決定遊樂控制器在遊戲場地中的位置之方法，該方法獲得該遊戲場地的影像，且搜尋與連接至該遊樂控制的球部中之環狀物相關聯之該影像中的像素；進一步地，該方法建立包含所搜尋出之與該環狀物相關聯的該等像素之區域，橢圓係根據在前所建立之該區域而決定，且該控制器的位置係根據該橢圓而計算出，其中在該處該橢圓的中心指示該控制器之水平及垂直座標，及該橢圓的尺寸決定該控制器在該遊戲場地內的深度，該位置係儲存於記憶體中且使用以藉由該電腦來驅動一動作。
在又一實施例中，出現有使用相對於控制器的位置及移動之資訊源的組合以決定遊樂控制器在遊戲場地中的位置之方法，該方法獲得該控制器的影像，且接收來自該遊樂控制器之狀態資訊，該狀態資訊可源自加速度計、陀螺儀或磁強計之中；該方法決定與連接至該遊樂控制器的球部相關聯之幾何形狀，且藉由結合該狀態資訊與關於該幾何形狀的資訊以計算該控制器的位置。
本發明的其他觀點將從結合藉本發明原理之實例所描繪的附圖所獲得之下文詳細說明，而呈現明顯。
以下之實施例敘述用以決定遊樂控制器在遊戲場地中的位置之方法、系統及電腦程式，球部係附著至遊樂控制器以使用視覺資訊定位該控制器。該方法獲得出現有遊樂控制器之遊戲場地的影像，且然後，搜尋與球部相關聯之影像中的像素。該方法進一步建立包含所搜尋出之像素的區域，且根據與該球相關聯的區域以決定幾何形狀。該控制器的位置係根據幾何形狀、與指示控制器的水平及垂直位置之幾何形狀的中心、及決定控制器在遊戲場地內的深度之幾何形狀的尺寸加以計算。該位置係儲存於記憶體中，而由電腦使用以驅動動作。
然而，將呈明顯於熟習本項技藝之人士的是，本發明可無需該等特定細節之某些或所有者而實行。換言之，為了不至於不必要地混淆本發明，熟知的方法操作並未予以詳細地敘述。
第1A至1B圖顯示附有球部之遊樂控制器的實施例。附著至該等控制器之球可為不同的彩色，且在一實施例中，球可發光；在球中之彩色可由球內部之RGB(紅綠藍)發光二極體(LED)所驅動。此外，發光球之亮度可予以控制，以便在不同的攝影機曝光設定之下追踪該球。在一實施例中，球的彩色係使用來區分不同使用者之控制器以及其中由同一使用者在不同的手上所把持之控制器。
雖然第1A及1B圖的控制器被顯示為球面形的球，但該球可具有其他形狀以供視覺追踪目的之用，例如部分球面體、不完美的球面體、拉長的球(如在美式足球中或在橄欖球中所使用者)、似方塊之形狀等。
第1A及1B圖之該等控制器係設計以供單手使用，但附球之雙手控制器亦可使用此處所敘述之實施例來加以追踪。在一實施例中，由使用者在不同的手上所把持之二控制器係相同的，以及在另一實施例中，該等控制器係不同的；典型地，該等控制器將極為相似，而僅在各個控制器的按鈕上有異。在一實施例中，該控制器包含用以充電控制器之通用串聯匯流排(USB)連接，用於與控制台無線通訊的藍芽，以及諸如開始、選擇及PS之按鈕。
在一實施例中，該球或球面體直徑為4cm，但其他的尺寸亦係可行的。更大的尺寸將有助於視覺辨識。具有5cm直徑的球比4cm的球提供多出大約55%的像素，以供影像辨識之用。
第1C至1E圖描繪用於第1A至1B圖之遊樂控制器的不同操作模式。第1C圖顯示“反向杖”操作，其中球部係座落於控制器的底部，以及頂部包含輸入鈕。在此組態中，可藉由在球面體之上旋軸而使用成為遊戲平台飛行搖桿。在一實施例中，慣性單元提供“搖桿”(控制器)的角度及扭轉，以及頂部表面包含方向鍵墊。在另一實施例中，頂部表面保持可卸除的板，以便改變按鈕組態，如下文相對於第4A至4D圖所述地。此操作模式使用於槍戰、駕駛、飛行遊戲等之中。
在一實施例中，控制器包含用於食指及中指之按鈕於反向杖組態之中；結果，兩個反向杖控制器提供相同的功能，例如販售自Sony Computer Entertainment America Inc.之Sony DualShock2控制器。
第1D圖顯示以“鉛筆”組態所後持的控制器，球面向攝影機以供視覺辨識之用，以及在控制器的本體中之按鈕致能使用者輸入，此模式可使用於其中控制器係畫筆、閃光燈、指標器、槍戰武器等的遊戲中。第1E圖描繪在杖模式中之控制器的使用。在一實施例中，該杖包含在握把頂部之兩個姆指按鈕以及用於食指之觸發，惟，其他組態亦係可行的。該杖模式可使用成為魔術棒、音樂指揮棒、網球拍、手斧或相似的武器、諸如鎬、傘、繩等之工具。
第2A至2B圖顯示附有球之遊樂控制器的其他實施例。第2A及2B圖中之控制器的本體係類似於附球之球面體，該等控制器具有不同的按鈕組態且係打算使用於不同的手。在一實施例中，該等控制器係相同的，且可以以左手或右手來使用；第2A及2B圖之控制器係以“棒球”組態來保持，亦即，控制器約為棒球或網球之尺寸，且係把持成為手掌中的棒球。與第1C至1E圖中之組態相似地，第2A及2B圖中的控制器可以以不同方向所指向的球附件而把持，諸如朝向攝影機、地板、或天花板。
第3A至3B圖描繪附球遊樂控制器之不同的實施例，該等控制器係更纖細且係設計用於輕便之應用。
第4A至4D圖顯示具有可互換之面板的附球遊樂控制器之實施例。第4A圖顯示與第1A至1B圖中之控制器相似的控制器，但具有可互換的面板；第4B至4D圖之面板可附著於控制器的頂部或側面。在另一實施例中，面板之尺寸係針對頂部及側面的槽而有所不同，且用於頂部的面板不可以與用於側面的面板交換。第4B至4D圖分別顯示D鍵墊附件、動作鈕鍵墊、及接觸鍵墊；該等附件包含電性連接及機械夾，當設置於控制器之上時，該機械夾可固定地抓住該等附件。
第5圖顯示依據一實施例之多重遊戲者環境以及視覺資訊之使用以決定由該等遊戲者所把持之不同控制器的位置之概略圖。影像捕捉裝置508獲得遊戲場地518的影像，且該影像被分析以獲得附球控制器C1 、C2 、C4 及C5 的位置。距離dz1 、dz2 、dz4 及dz5 係藉由分析所捕捉之影像中的個別球之形狀而估算，計算系統502使用所獲得的座標和距離以分別產生遊戲者在螢幕504中之顯示，亦即，化身512a及512b。用於良好的影像辨識之大致距離係大約10呎(3米)。使用視覺辨識之一優點在於影像捕捉和影像辨識中的改善可包含於系統中，而無需改變控制器。
第6A至6D圖描繪用以指定幾何形狀至由捕捉之影像所感知之形狀的不同實施例。第6A圖顯示伴隨著決定其中所捕捉之影像所獲得的“真實”幾何形狀(亦即，球)之一些問題，因為球係球面體，所以目標係決定對應於由攝影機所捕捉的影像中之球的圓。根據方法論，出現有指定圓至諸如第6A圖中所示者之感知形狀的不同方式；例如，可選擇在所接收之形狀內部的圓，以確保圓中之所有像素係對應於球的圓，或可選擇包含所有之該形狀的像素及少量非形狀的像素之圓。選擇性地，可使算法集中以偵測定界限所捕捉之形狀的外部曲線，且然後，使接近該等曲線的圓適合。
在許多情況中，與球相關聯之所捕捉的像素數目係小的。在一實施例中，位於10呎(3米)處之球產生其中圓的半徑係4個像素的影像，換言之，各個像素對應於2.5呎的深度；若因為雜訊或因為不準確的算法而失去像素時，則遊戲者的位置會跳躍2.5呎，因而，單獨計數的像素並未提供深度之準確的測量。此外，若球由於控制器之移動而被嚙合時，則僅部分之影像可由攝影機所捕捉；因而，曲線適合法變成分析所感知之形狀及決定球之最佳位置和形狀的關鍵。
第6B圖描繪估計該圓的中心及半徑r。此處，亦熟知為z之深度係與球的區域相關聯，且係與1/r成比例。在一實施例中，該方法搜尋對應於球之視覺識別的像素；與該球相關聯的像素被計數以決定該區域，以及中心及半徑r係根據該尺寸而計算。
在另一實施例中，係分析第6B圖中之形狀的周邊，以決定包圍該形狀的曲線，該曲線被分析以便決定最佳地適合該曲線的圓。在一實施例中，所選擇的圓係具有由該圓及包圍所感知的形狀所定界限之單一區域的最小和之圓。
第6C圖描繪搜尋不完美之形狀所獲得的相關聯之圓的困難性。當視覺地檢查該形狀時，可推論的是，僅捕捉到球之部分區段，執行直接的像素計數以決定該區域將不會產生準確的結果。在一實施例中，該方法檢查圍繞著邊緣之可由於陰影、光振動等所造成的“模糊”邊界，且決定外部曲線的形狀，該形狀的周邊曲線被分析決定中心，此處亦稱為“質心”，以及決定最佳地適合該區域及外部曲線的半徑。
第6D圖描繪“最長桿”方法。如上述地，分析影像及決定所捕捉之球的形狀，該方法決定適合於該形狀內部之最長之筆直的分段或“桿”；然後，將該最長的分段視為與該球相關聯之圓的直徑。
第7圖描繪依據一實施例之如何使用子像素分析以搜尋對應於球部的像素。在許多的顯示器及影像擷取系統中，像素格柵係畫分成為單一彩色區，而在當以一距離觀視時，可促成顯色或感測的彩色。在諸如LCD、LED、及電漿顯示器之一些顯示器中，該等單一彩色區係可分別定址的元素，而成為熟知的子像素；例如，LCD典型地畫分各個像素702成為三個子像素704、706、及708。
在一實施例中，該像素分析集中於諸如藍色之僅一彩色；在其他的實施例中，該分析集中於二像素的組合以改善準確度，但需要更多的計算。此外，一像素的分析並未受限於分析該像素或該像素中之子像素，而是可分析附近的像素，以改善準確度及降低雜訊或諸如不一致發光之其他情形的效應。
第8圖顯示依據本發明一實施例之模糊影像以改善形狀偵測的功效。影像係以稍微失焦攝影機來取得，而於球上造成模糊效應，使所感知之球的面積變得比沒有模糊化所取得的影像更大。更大的面積意指更多的像素可供分析之用，且意指改善的準確度。
第9圖描繪依據一實施例之使用若干連續捕捉之影像以決定球位置，此處稱為平滑化。在一實施例中，所捕捉的影像並未以隔離的方式來分析。將來自一影像之資訊與先前所取得的影像比較。若影像取得的頻率足夠高時，連續的影像將變成相似，即使在分解控制器移動的因素之後亦然。因而，可使用來自先前影像之資訊來偵測可能由於雜訊、不良發光、球嚙合等所造成之突然的不規則之像素變化。
在一實施例中，來自先前影像之資訊係以反比於其年紀而加權，亦即，愈舊的影像係獲得更小的加權重，因為其傳遞的資訊變成較不相關。
第10圖描繪用以自遊戲場地152之縮小區域156來取得影像以增加準確度的一實施例。電腦系統與附於球上之控制器一起追踪球的移動，且假定視頻取得頻率適當允許控制器在影像間之小的移動，預期該球係在與上次所取得之影像大約相同的位置。在一實施例中，攝影機具有變焦能力且取得其中球在最新影像中所在之縮小區域156及在該球周圍之允許控制器移動之緩衝區域的影像154；縮小區域的影像具有更高的解析度且提供與球相關聯之更多的像素，以供較佳的位置決定之用。
因而，當取得縮小區域的影像時，出現有球的遊戲場地會縮小，但此可藉由追踪球的移動以便捕捉對中於球之最新已知的位置附近之變焦放大影像，而容易予以捕償。
在另一實施例中，攝影機係僅能在遊戲場地的中心變焦放大。在此情況中，變焦放大功能係僅當球係位在朝向遊戲場地的中心時被使用。這將造成當遊戲者係座落於遊戲場地的中心附近時，解析度變得更佳，以及當球係座落於遊戲場地的周邊內時，解析度變得更差。
第11圖描繪依據一實施例之具有少數目像素的球之影像辨識。如在前參照第6A圖所述地，當只有少許像素可用於球的辨識時，即使只有一像素失去或誤計算仍會造成所感知的形狀中之大變動。當球跨越像素邊界移動時，少許像素可用性的問題加劇。在球的第一位置160中，該方法感知該球成為具有四像素。在一實施例中，該方法決定當像素的至少百分之五十對應於該球時，像素係與該球的彩色相關聯，但其他的實施例可使用其他的百分比做為臨限值。當球移動至第二位置162時，該方法感知7個像素與該球相關聯。因為該球對應於少許像素，所以在該像素格柵中之球的位置係在第11圖中的設想情況下之因素。此外，該問題可以與諸如雜訊及光柵化之其他因素複合在一起。
一實施例藉由使用更高解析度的攝影機來解決少數目像素問題。第12圖描繪使用高解析度攝影機以供影像辨識之一實施例。因為球包含更多數目的像素，所以跨越像素格柵的球之少量移動將比當使用更低解析度的攝影機時對形狀辨識具有更小的影響。
第13A至13C圖描繪依據一實施例之使用可移動以面向攝影機之發光環的球偵測。控制器170具有球部172，該球部172係用於根據以影像捕捉裝置180所取得之影像的視覺辨識。該球部172具有內部球面體或球174，該球174具有複數個光源178a至178n，而形成面向影像捕捉裝置180之視覺環。在一實施例中，該等光源對應於光學導線的末端，該等光學導線的末端將接收自對應的光學導線之光發光。在另一實施例中，光源對應於LED。
內部球174係組構以移動內部球172，以便實質地面向捕捉裝置180。在一實施例中，球174係懸浮於液體中，以助成移動。第13B圖顯示在控制器已移動其取向約45度後之第13A圖的同一控制器170，雖然控制器170已移動，但內部球174相對於控制器170而移動，使得發光環仍面向捕捉裝置180。因而，所捕捉之影像將為環狀，而有助於決定球的位置，如下文相對於第15A至15B圖所描述地。
在另一實施例中，該環狀物可以發出不同的彩色的光，以便增強影像辨識或區分遊戲場地中之不同的控制器。在又一實施例中，超過一環的環可用於發光，其中在一時間僅一環狀物發光，或其中在同一時間複數個環狀物發光於該處，以供影像辨識之用。第13C圖描繪例如由影像捕捉裝置180所觀察之球部的正面視圖。
第14A至14H圖描繪依據一實施例之在環部中之可區別的環之偵測。第14A圖包含附有球192之控制器190，該球192包含具有發光環196之內部球194。與第13A至13C圖之控制器不同的是，第14A至14C圖中之控制器並不具有相對於控制器移動的球。因此，當控制器自第14A圖中之實質垂直的位置移動至如第14B圖中之不同取向時，環196會從面向影像捕捉裝置180直接面向影像捕捉裝置相對於球與捕捉裝置180所連接之直接呈一角度。在第14A圖中，該影像捕捉到發光圓，以及在第14B圖中，該影像捕捉到橢圓形的環狀物。在環並未筆直面向攝影機之大部分的控制器位置中，該影像將僅捕捉到大約一半的環，因為另一半部係隱藏於球後面之不可見的側面中。
當14C圖顯示當控制器係在第14B圖中所示的位置之中時，由攝影機所捕捉的影像。第14D圖描繪依據不同的軸x、y及z來改變控制器相對於攝影機之取向的效應。在位置250處之控制器係面向攝影機，因此攝影機僅“看到”球。剩餘的位置對應於不同軸內之控制器取向的改變。這可藉由使遊戲者在位置250把持直接對準攝影機的控制器而看到。然後，遊戲者僅藉由在x、y、或z方向中旋轉肘部以改變控制器的位置。
當控制器轉向於x方向時(水平地)，控制器的更大部分將係可見的(遊戲者的實際之手被忽視的)，且環狀物將旋轉直至控制器水平地朝向256為止，以及該環狀物將被側向地感知成為直線。相似的效應可在當控制器旋向於y方向時(垂直地)觀察到。在z方向(深度)之中的移動亦將造成所感知之環狀物改變。在第14D圖中，當該球遠離攝影機移動時，球的尺寸的影響會變小並可忽略。
第14E圖顯示依據如第14D圖中所討論之控制器的移動之例如由攝影機所感知之環狀物的形狀。當球面向攝影機時所顯示之完美的圓形250會在當球移動時扭曲且變成橢圓，其中當環狀物進一步遠離面向攝影機的位置而移動時，短軸會越來越小。
應注意的是，橢圓係平面點的集合，使得至二固定點之距離的和為恆定。該二固定點稱為焦點。若該二焦點重合時，則該橢圓為圓形。換言之，圓形係橢圓的特例。此處所述之引用橢圓的實施例係設計涵蓋其中橢圓係圓形的情況，因為諸如第14E圖之圓形250僅係橢圓的一種形式。
第14F圖描繪面向攝影機且在z方向中離開攝影機移動之控制器。如所預期地，當球進一步地遠離攝影機時，該環狀物會變得更小。
在另一實施例中，球包含不同的發光圖案，例如第14G圖之三環狀物。第14H圖顯示具有相互垂直之二環狀物的球。在又一實施例中，該球具有諸如第14E圖中之發光的環狀物；然而，當控制器垂直接對準攝影機時，該環狀物具有不同的取向。由發光環狀物所形成的圓係垂直於攝影機，其中當控制器直接朝向攝影機而取向時，攝影機將感知諸如第14H圖中所示之該等環狀物的任一者一直線。在再一實施例中，環狀物並未完全地發光，因為面向控制器之部分的環將難以由攝影機所捕捉，因而在環狀物的製造上以及在電池的消耗中將產生節省。在一實施例中，環狀物係僅沿著環之270度的弧度發光；惟，其他的弧度值亦係可行的。
第15A至15B圖描繪由部分之弧區段來估計完整的環區域之方法。第15A圖顯示所捕捉的環350，其中例如當球被遮蔽時，僅可偵測出大約一半的環352。一般而言，以部分資訊來搜尋弧形的中心會比以部分資訊來搜尋圓形的中心更容易。如上文中相對於第6A至6D圖所述地，以比完整資訊更少的資訊來決定圓形的中心並非簡單的任務。但相反地，以例如在第15A圖中之大約半個弧形的資訊來搜尋該弧形的中心卻是相當地容易。
藉由分析對應於環狀物之曲線，可一起地估計半徑354與弧形的中心。第15B圖顯示其中已捕捉一小區段356之環狀物的設想情況。然而，可使用第15A圖中所使 用之相同方法以高準確度位準決定圓形。雖然較少的資訊可用，但所偵測之曲線的分析會產生準確的結果，因為僅少數的圓形將適合此曲線；而在圓形之間的變化小，亦即，該等圓形會產生彼此差異不會太大之相似的半徑r和中心。
在其中環狀物相對於攝影機之角度可改變的情況中，例如對應於第14A至14D圖之者，則可擴展該分析以涵蓋橢圓形。例如，若取得諸如第14E圖的半個橢圓形252之所感知的環狀物時，則該方法可分析該橢圓形以估計橢圓的長軸及短軸以及橢圓的中心。
第16圖顯示其中球振動於該處以增加所感知之球表面的實施例。當球振動時，更長的感知之區域會由攝影機所捕捉；此方法可與諸如第9圖之中所描繪的演算法之平滑化結合以改善位置的決定，因為球由各個中心振動，所以連續影像的比較或平均將有助於以更高的準確度來決定真正的中心。
第17A至17B圖描繪可改變尺寸或外觀以改善偵測之球的實施例。第17A圖描繪可改變尺寸的球，當遊戲者450a靠近位於顯示器458之頂部的攝影機456時，附著於控制器452的球454a具有預定的尺寸。當遊戲者係在位置450b之中時，控制器452及附球係遠離開屏幕。當球在攝影機所捕捉的影像中變成相對小時，則決定球的位置會變得更加困難。為了要改善偵測，球454b被擴大以改善準確度。更大的球平移更多的像素於所捕捉的影像中，則使控制器之位置的決定更準確。使球膨脹的若干方式係可行的，例如氣體膨脹、馬達等。
在一實施例中，控制器452係與計算裝置通訊，以便傳遞球之尺寸。在另一實施例中，當偵測於球中之像素的數目變得比預定的臨限值更低時，則計算裝置傳送命令至控制器以使球變成更大。
第17B圖顯示具有可根據遊戲場地中之照明條件而改變、修正或改良其外觀以改善偵測之球的控制器。若遊戲場地係在光源(自然光或人工光)附近時，例如在可接收來自太陽462的光之窗戶附近時，則視覺偵測會根據白天或晚上之時間及遊戲場地中的光量而受到影響。球的外觀亦會受到陽光入射角度所影響，例如若陽光射在球的正面、背面、或側面時，球的外觀將會不同；相似地，燈464(或其類似物)可根據該燈是否開啟或關閉而影響視覺偵測。
在一實施例中，球460包含光源於內部，該光源可開啟或關閉以改善球460之可見度，該光源可由遊戲者所開啟，或由與包含球460之控制器通訊的電腦系統所開啟。在另一實施例中，球460可包含透明殼體。在又一實施例中，可將殼體加以磨砂；仍進一步地，該殼體(透明或磨砂的)可採取任何光罩、彩色、或構造，例如若殼體被磨砂或具有光罩時，則可使球460在當未發光時呈現更暗。光罩之實例可為灰色、黑色、銀色、或彩色之組合，只要該彩色或光罩於當處於特殊環境之中時能提供良好區分的對比即可。該殼體可由許多材料所製成，例如塑膠、橡膠、玻璃、泡棉、塑模材料等所製成，且該等材料可採用外加、染色或塑製之任何彩色。
仍進一步地，在球460內部的光源可使球460以諸如白色或黃色之不同的彩色來發光，且其他的彩色亦係可行的。發光的球可在低的周遭光線情形中改善偵測，而較深色的球則可在具有亮光的情況中改善偵測。
第18圖顯示具有包圍於殼體478中之球部472的遊樂控制器470之實施例。殼體478使光透過，以便可視覺地偵測球。在一實施例中，殼體478使光474以自球朝向攝影機之方向發出，但該殼體478並不會使來自外部的光476透過，此方式存在較少的干擾於內部發光的球。
在另一實施例中，例如殼體478可選擇性地過濾所通過的光，諸如令藍光通過以便識別藍色的球。
第19A至19B圖描繪依據一實施例之具有感測器以供改善移動追踪的控制器，不同的實施例包含諸如磁強計、加速度計、陀螺儀等之感測器的不同組合。
加速度計係用以測量加速度及重力感應的反作用力之裝置，單軸及多軸模型可用以偵測不同方向中之加速度的大小及方向，該加速度計係使用以感測傾斜、振動、及衝擊。在一實施例中，使用三個加速度計以提供重力的方向，而給予用於二角度(世界空間之間距及世界空間之旋轉)之絕對參考值。控制器可承受超過5克的加速度，因此，使用能以超過5克之力操作的加速度計於控制器550內部。
磁強計測量控制器附近之磁場的強度及方向。在一實施例中，使用三個磁強計552於控制器之內，以確保用於世界空間之偏轉角度的絕對參考值。該磁強計係設計以跨距測量其係±80微特斯拉的地球磁場；磁強計會受到金屬所影響，且提供具有實際偏轉之單調的偏轉測量。磁場會由於環境中之金屬而彎曲，而造成偏轉測量中之扭曲；視需要地，此扭曲可使用來自陀螺儀(請參閱下文)或攝影機之資訊加以校準。在一實施例中，加速度計554係與磁強計552一起使用，以獲得控制器之傾角及方位。
陀螺儀係用於根據角動量之原理以測量或維持取向的裝置。在一實施例中，三個陀螺儀根據慣性感測而提供關於跨越個別軸(x、y及z)之移動的資訊，該等陀螺儀將協助偵測快速轉動。然而，陀螺儀會隨時間地漂移而不出現絕對參考值，此需週期性地重設陀螺儀，而可使用諸如球558的視覺追踪、加速度計、磁強計等之其他可用資訊加以完成。手持式裝置可旋轉得比500度/秒更快，因此推薦具有大於1000度/秒之規格的陀螺儀，但較小值之規格亦係可行的。
來自不同來源的資訊可予以結合以供改良之位置及取向的偵測之用，例如若球自視線消失時，則使用加速器計之取向感測以偵測出該控制器係面向攝影機而遠離。在一實施例中，控制器550包含揚聲器以提供聲頻回授至遊戲者，例如當球係不可見於攝影機時，控制器可產生嗶聲以 促使使用者以正確方向來取向該控制器，或回到遊戲場地之內。
在第19B圖中所示的實施例中，來自若干像框之視覺及感測器取向的資訊被分析，以決定控制器之位置及控制器的取向。藉由分析來自若干像框之資訊，可將與控制器之移動及取向相關之感測器資訊“平滑化”於若干像框之上；一旦決定球的軌道於若干像框之上時，可分析感測器資訊以搜尋控制器的對應取向，而產生既定的軌道以給予該等像框對應的感測器資訊。
第20圖描繪依據一實施例之使用不同來源的資訊以估定控制器位置。控制器570包含所附著之球部，以及如上文相對於第19圖所描述之加速度計。計算系統使用控制器570中之球的視覺追踪法，當球被遮蔽時，例如當控制器跟隨著軌道582而在當球係在遊戲者的頭部後面以造成遮蔽時，則系統使用方位推估法。該方位推估法(DR)係根據在前所決定的位置或方位來估計目前的位置，且根據已知之速度、消逝時間、及路線來推進該位置的方法。
當控制器之球跟隨著路徑582時，計算系統在曲線580之下追踪控制器；一旦球被遮蔽時，則重設加速度計，且系統開始使用方位推估法。應注意的是，方位推估法會隨時間而失去準確度；因此，針對準確的追踪而以其他位置資訊來補助方位推估法係所欲的。來自加速度計之資料係一直被補捉，但並非一直由系統所使用。
方位推估法係使用於當球被遮蔽時(區域574)；一 旦球回到視線時，則視覺追踪法接管於區域578之中。在一實施例中，方位推估法可偶爾與視覺追踪法結合，例如在當球自不可見而出現，且視覺資訊因為部分之遮蔽，或因為缺乏視覺的歷史資訊以追踪球之移動而仍未十分準確時的區域。
第21A至21C圖描繪依據一實施例之初始電腦動作的控制器中之輸入輪狀物的使用。控制器取向係與輪狀物移動結合以產生電腦系統中的動作，例如遊戲者可置設該控制器於x、y、或z方向中，且然後旋轉該輪狀物以使螢幕中之圖像移動於該方向中。實際上，控制器無需沿著軸以取向，以及任何取向可造成對應的移動於螢幕之上，例如置設於x與y軸間之45度處的控制器將使顯示器654之上的圖像移動於該方向中。此外，可使用該輪狀物以進行選單，例如依據控制器的取向以垂直或水平地跨越選單來移動。第21A圖顯示包含輪狀物658A於垂直或縱向取向中的控制器650，第21B圖顯示包含輪狀物672於水平或緯度取向中的控制器670，輪狀物672的頂部部分係由遊戲者使用來輸入命令。第21C圖顯示亦包含輪狀物676於水平或緯度取向中的控制器674，該輪狀物676包於控制器周圍且相對於控制器本體的把持部分678而垂直地移動680，輪狀物676的整個周邊可用於使用者，使用者可自頂部、側面、底部、或任何其他的角度來操作輪狀物，且可使用不同的手指來操作輪狀物。
第22圖描繪依據本發明一實施例之可使用以決定控 制器位置的硬體及使用者介面，第22圖概略地描繪依據本發明一實施例之用以實施三維的控制器定位系統之可相容的控制台，Sony® Playstation 3®娛樂裝置之全部的系統架構。系統單元1400係設置有可連接至該系統單元1400之各式各樣的週邊裝置，該系統單元1400包含：Cell(單元)處理器1428；Rambus®動態隨機存取記憶體(XDRAM)單元1426；具有專用視頻隨機存取記憶體(VRAM)單元1432之Reality Synthesizer(真實合成器)圖形單元1430；以及I/O橋接器1434。該系統單元1400亦包含可透過I/O橋接器1434存取之用以自碟片1440a讀取的Blu Ray® Disk BD-ROM®光碟讀取器1440，及可滑槽卸取之硬碟驅動器(HDD)1436。選用地，該系統單元1400亦包含可相似地透過I/O橋接器1434存取之記憶卡讀取器1438，用以讀取小型快閃記憶卡、Memory Stick®記憶卡、及其類似物。
I/O橋接器1434亦連接至六個Universal Serial Bus(通用串聯匯流排)(USB)2.0埠1424；十億位元乙太網路埠1422；IEEE 802.11b/g無線網路(Wi-Fi)埠1420；以及能支援直至七個藍芽連接之Bluetooth®無線鏈接埠1418。
在操作中，I/O橋接器1434操縱所有無線的、USB的、及乙太網路資料，包括資料自一或多個遊樂控制器1402至1403。例如當使用者正在玩一遊戲時，I/O橋接器1434可經由藍芽鏈路而自遊樂控制器1402至1403接收資料，且指示該資料至Cell處理器1428，以適當地更新遊戲之目前狀態。
除了遊樂控制器1402至1403之外，無線、USB及乙太網路埠亦提供其他週邊裝置連接性，例如：遙控器1404；鍵盤1406；滑鼠1408；諸如Sony PlaystationPortable娛樂裝置之可攜帶式娛樂裝置1410；諸如Eye Toy攝影機之攝影機1412；頭戴式微音器1414；以及微音器1415。原則上，該等週邊裝置可因此而無線地連接至系統單元1400；例如，可攜帶式娛樂裝置1410可經由Wi-Fi ad-hoc(Wi-Fi特別)連接以通訊，而頭戴式微音器1414可經由藍芽鏈路通訊。
該等介面的提供意指Playstation 3裝置亦係與其他的週邊裝置潛在地可相容，例如數位錄放影機(DVR)、機上盒、數位相機、可攜帶式媒體播放器、在IP上之語音電話、手機、印表機及掃描器。
此外，舊式記憶卡讀取器1416可經由USB埠1424以連接至系統單元，而致能由Playstation或Playstation 2裝置所使用之種類的記憶卡1448之讀取。
遊樂控制器1402至1403係可操作以經由藍芽鏈路而與系統單元1400無線地通訊，或連接至USB埠，以藉其提供電力來充電遊樂控制器1402至1403的電池；而且，遊樂控制器1402至1403亦可包含記憶體、處理器、記憶卡讀取器、諸如快閃記憶體之永久記憶體、諸如LED或紅外光之發光器、用於超音波通訊之微音器及揚聲器、聲頻室、數位相機、內部時鐘、諸如面向遊戲台之球形部的可辨識形狀、及使用諸如Bluetooth、WiFiTM 等之協議的無線電通訊。
遊樂控制器1402係設計成為以雙手使用之控制器，以及遊樂控制器1403係具有球附件之單手控制器，如先前在第1A至4A圖中所描繪地。除了一或更多個類比搖桿及習知的控制鈕之外，遊樂控制器能三維位置決定；因此，除了或取代習知的鈕或搖桿命令之外，可將遊樂控制器之使用者的姿勢及移動變為對遊戲之輸入。選用地，可使用諸如PlaystationTM 手持式裝置之其他無線致能的週邊裝置做為控制器。在該PlaystationTM 手持式裝置的情況中，可將額外的遊戲或控制資訊(例如，控制指令或活動者數目)提供於裝置的螢幕之上。其他選擇性或增補的控制裝置亦可予以使用，例如跳舞墊(未顯示)、光線槍(未顯示)、方向盤及踏板(未顯示)或諸如單一或若干大的按鈕以供迅速回應之問答遊戲的定製控制器。
遙控器1404亦可操作以經由藍芽鏈路而與系統單元1400無線地通訊。該遙控器1404包含適用於Blu RayTM Disk BD-ROM讀取器1440之操作及適用於碟片內容之導覽的控制。
除了習知之預錄及可記錄CD及所謂Super Audio CD(超級CD)之外，Blu RayTM Disk BD-ROM讀取器1440係可操作以讀取與Playstation及Playstation 2裝置可相容的CD-ROM；除了習知之預錄及可記憶DVD之外，讀取器1440亦係可操作以讀取與Playstation 2及Playstation 3裝置可相容的DVD-ROM；進一步地，讀取器1440係可操作以讀取與Playstatoin 3裝置可相容的BD-ROM，以及習知之預錄及可記憶的Blu-Ray Disk(藍光光碟)。
系統單元1400係可操作以透過聲頻及視頻連接器來供應由Playstation 3裝置經由Reality Synthesizer圖形單元1430所產生或解碼之聲頻及視頻，至諸如具有顯示器1444及一或多個揚聲器1446之監測器或電視機的顯示器及聲音輸出裝置1442。聲頻連接器1450可包含習知之類比及數位輸出，而視頻連接器1452可多樣地包含分量視頻、S-視頻、複合視頻及一或多個高清晰度多媒體介面(HDMI)輸出；因此，視頻輸出可以以諸如PAL或NTSC之格式，或以720p、1080i或1080p之高清晰度。
聲頻處理(產生、解碼、及其類似者)係由Cell處理器1428所執行。Playstation 3裝置之操作系統支援Dolby5.1環繞聲音、Dolby劇院環繞(DTS)、及來自Blu Ray碟片之7.1環繞聲音的解碼。
在此實施例中，攝影機1412包含單一電荷耦合裝置(CCD)、LED指示器、及硬體為基之即時資料壓縮及編碼系統，使得壓縮之視頻資料可以以諸如影像內為基之MPEG(動畫專家群)標準的適當格式來傳送，以供藉由系統單元1400的解碼之用。攝影機LED指示器係配置回應於來自系統單元1400之適當的控制資料而發光，例如表示不利的照明條件。攝影機1412之實施例可經由USB、藍芽、或Wi-Fi通訊埠而多樣地連接至系統單元1400；該攝影機的實施例可包含一或更多個相關聯的微音器，且亦能傳送聲頻資料。在該攝影機的實施例中，CCD可具有適用於高清晰度之視頻捕捉的解析；在使用上，例如，由該攝影機所捕捉之影像可結合於遊戲內，或轉譯成為遊戲控制輸入。在另一實施例中，該攝影機係適用以偵測紅外光之紅外線攝影機。
一般而言，為了要經由系統單元1400之通訊埠的其中之一者來與諸如攝影機或遙控器產生成功的資料通訊，應設置諸如裝置驅動器之適當的軟體件。裝置驅動器技術係熟知的，且除了說明熟知本項技藝的人士所關心之會在所述的本實施例需要之裝置驅動器或相似的軟體介面之外，將不在此處予以詳細說明。
第23圖描繪依據本發明一實施例之可使用來處理指令的附加硬體。Cell(單元)處理器1428具有包含四個基本組件的架構：包含記憶體控制器1560及雙匯流排介面控制器1570A、1570B之外部輸入及輸出結構；稱為核心處理元件1550之主處理器；稱為協同處理元件(SPE)1510A至1510H之八個協處理器；以及稱為元件互連匯流排1580之連接上述組件的循環資料匯流排。相較於Playstation 2裝置的情感引擎之6.2GFLOP，該Cell處理器的總浮點性能係218GFLOP。
核心處理元件(PPE)1550係以符合運轉以3.2GHz之內部時脈的Power PC核心(PPU)1555之雙向同時多線程核心1470為主，其包含512kB位準2(L2)快取記憶體及32kB位準1(L1)快取記憶體。該PPE 1550具有每時脈週期八個單一位置操作，而在3.2GHz時變為25.6GFLOP；該PPE 1550的主要角色在於扮演用於協同處理元件1510A至1510H之控制器，而處理大部分的工作負載。在操作中，該PPE 1550維持工作隊列，排程該等協同處理元件1510A至1510H之工作及監測它們的進行；因此，各個協同處理元件1510A至1510H運轉其之角色在於提取工作、執行工作且與PPE 1550同步的核心作業。
各個協同處理元件(SPE)1510A至1510H包含個別的協同處理單元(SPU)1520A至1520H及個別的記憶體流程控制器(MFC)1540A至1540H，各個記憶體流程控制器(MFC)1540A至1540H依序包含個別的動態記憶體存取控制器(DMAC)1542A至1542H、個別的記憶體管理單元(MMU)1544A至1544H及匯流排介面(未顯示)。各個SPU 1520A至1520H係定時脈於3.2GHz且包含原則上可擴充至4GB之256kB局部RAM 1530A至1530H的RISC處理器。各個SPE給予理論上25.6GFLOPS之單精度性能。SPU可在單一時脈週期中運算4個單精度浮點構件、4個32位元數、8個16位元整數、或16個8位元整數。在同一時脈週期中，其亦可執行記憶體操作。SPU 1520A至1520H並不直接存取系統記憶體XDRAM 1426；由SPU 1520A至1520H所形成之64位元的位址係傳遞至MFC 1540A至1540H，以指示其DMA控制器1542A至1542H經由元件互連匯流排1580及記憶體控制器1560來存取記憶體。
元件互連匯流排(EIB)1580係在Cell處理器1428內部之邏輯循環通訊匯流排，其連接上述處理器元件，亦即，PPE 1550、記憶體控制器1560、雙匯流排介面1570A及1570B、及8個SPE 1510A至1510H，總計12個參與者；參與者可以以每時脈週期8個位元組的速率對匯流排讀取及寫入。如上述地，各個SPE 1510A至1510H包含用以排程更長之讀取或寫入順序的DMAC 1542A至1542H。該EIB包含四個通道，各二個於順時鐘及逆時鐘方向中。因而，針對12個參與者。在任二參與者之間的最長之逐步驟資料流程係6個步驟於適當的方向中；因此，在透過參與者之間的仲裁之完全使用的時候，用於12個時槽之理論峯值瞬間EIB帶寬係每個時脈96B，此相等於在3.2GHz的時脈速率時之307.2GB/s(每秒十億位元組)的理論峯值帶寬。
記憶體控制器1560包含由Rambus公司所發展之XDRAM介面1562，記憶體控制器與Rambus XDRAM 1426以25.6GB/s之理論峯值帶寬來介面。
雙匯流排介面1570A、1570B包含Rambus FlexIO系統介面1572A、1572B，該介面係組織成為各8位元寬之12個通道，其具有五條路徑流入及七條路徑流出，此經由控制器170A來提供62.4GB/s(36.4GB/s流出，26GB/s流入)的理論峯值帶寬於Cell處理器與I/O橋接器700之間，且經由控制器170B來提供該理論峯值帶寬於Cell處理器與真實模擬器圖形單元200之間。
由Cell處理器1428所傳送至真實模擬器圖形單元1430之資料將典型地包含顯示列表，該列表係繪製頂點、施加質地至多邊形、指明發光條件、及其類似者之順序命令。
第24圖顯示流程圖2400，其描繪決定附球遊樂器在遊戲場地中的位置之方法的實施例。在操作2402中，該方法獲得該遊樂控制器之該遊戲場地的影像，且然後，搜尋與連接至該遊樂控制器的球相關聯之該影像中的像素。在一實施例中，掃描該影像以搜尋對應於該球之彩色的像素；以及在另一實施例中，使用子像素分析以搜尋與該球相關聯的像素，如上文相對於第7圖所描述地。
在操作2406中，該方法建立包含被搜尋出之該等像素的區域。幾何形狀係在操作2408中根據與球相關聯之該區域加以決定。請參閱第6A至6D圖、第9圖及第12圖之用以執行區域辨識之方法的不同實施例。一旦決定幾何形狀時，該方法在操作2410中根據該幾何形狀來計算控制器的位置，其中該幾何形狀的中心表示控制器的水平及垂直位置，以及該幾何形狀的尺寸決定該控制器在遊戲場地內的深度。所計算出的位置係在操作2412中儲存於與電腦相關聯的記憶體之中，且電腦在操作2414中根據 儲存的位置以驅動一動作。
第25圖包含依據一實施例之用於以可區別之環狀物來決定球在遊戲場地中的位置之方法的流程圖。此方法係與先前相關於第24圖所描述的方法相似，但第25圖的方法添加關於當控制器移動於三維空間之內時環狀物的形狀會改變之考慮。
在操作2502中，該方法獲得出現有遊樂控制器之遊戲場地的影像，如第5圖中所示；在操作2504中掃描該影像以搜尋與連接至該遊樂控制器球部中之環狀物相關聯的像素。請參閱第13A至15B圖，有關根據附著至控制器之球中的環狀物作位置決定的不同實施例。
在操作2506中，該方法建立包含在操作2504中所搜尋出之像素的區域，且在操作2508中，該方法根據與環狀物相關聯之該區域以決定橢圓。於操作2510中，該控制器的位置係根據該橢圓加以計算。該橢圓的中心表示控制器之水平及垂直位置，以及該橢圓的尺寸決定控制器在遊戲場地內之深度。在操作2512之期間，該位置係儲存於與電腦相關聯的記憶體之中，且該電腦驅動一動作以回應於在操作2514中所儲存的位置。
本發明之實施例可以以各式各樣的電腦系統組態來實行，包含手持式裝置、微處理器系統、微處理器為基或可程式化之消費者電子裝置、微電腦、主架構電腦及其類似物。本發明亦可以以分散式計算環境來實行，其中任務係由透過有線為基或無線式網路所鏈接之遠距處理裝置來加以執行。
具有上述實施例，應瞭解的是，本發明可使用包含電腦系統中所儲存之資料的各式各樣之電腦實施的操作，該等操作係需要實體數量之實體操作之該等者。此處所述之形成部分之本發明的任何操作係有用的機器操作。本發明亦關於用以執行該等操作之裝置或設備，該設備可特定地針對所需之目的而建構，或該設備可為通用型電腦，由儲存於電腦中之電腦程式所啟動或組構；尤其，各式各樣的通用型機器可與依據此處之教示所寫入的電腦程式一起使用，或其可更便利地建構更特別的設備以執行所需的操作。
本發明亦可實施成為電腦可讀取媒體之上的電腦可讀取碼，該電腦可讀取媒體係可儲存資料之任一資料儲存裝置，其可在之後由電腦系統所讀取。電腦可讀取媒體之實例包含硬驅動器、網路附加之儲存器(NAS)、僅讀記憶體、隨機存取記憶體、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁帶及其他光學和非光學資料儲存裝置。電腦可讀取媒體可包含分佈於網路耦合之電腦系統上的電腦可讀取之有形媒體，使得電腦可讀取碼係以分散的方式來儲存及執行。
雖然方法操作係以特定的順序來描述，但應瞭解是，其他的管理操作可執行於操作之間，或該等操作可予以調整使得它們發生於稍微不同的時間，或可分佈於系統中而使該等處理操作發生於與處理相關聯之不同的時隔，只要覆蓋的操作之處理係以所欲方式來執行即可。
雖然已非常詳細地說明上述發明以供瞭解之用，但將呈現明顯的是，某些改變及修正可在附錄申請專利範圍的範疇之內實行。因此，本發明實施例應視為描繪性而非限制性，且本發明不應受限於本文中所給定的細節，而是可在附錄申請專利範圍的範疇及等效範圍之內予以修正。
502．．．計算系統
504．．．螢幕
512a、512b．．．化身
508、180．．．影像捕捉裝置
518、152．．．遊戲場地
702．．．像素
704、706、708．．．子像素
156．．．縮小區域
154．．．影像
160．．．第一位置
162．．．第二位置
170、190、452、550、570、650、670、674．．．控制器
172、472．．．球部
174、192、558、454a、454b．．．球
178a~178n．．．光源
194．．．內部球
196．．．環狀物(環)
250．．．位置(完美的圓形)
256．．．水平取向
350．．．捕捉之環狀物
352．．．半個環狀物
354．．．半徑
356．．．環狀物之小區段
252．．．半橢圓形
450a、450b．．．遊戲者
456．．．攝影機
458、654、1444．．．顯示器
462．．．太陽
478．．．殼體
470、1402、1403．．．遊樂控制器
474、476．．．光
552．．．磁強計
554．．．加速度計
556．．．陀螺儀
582．．．軌道(路徑)
574、578．．．區域
658A、672、676．．．輪狀物
678．．．把持部分
680．．．垂直移動
1400．．．系統單元
1426．．．Rambus動態隨機存取記憶體(XDRAM)單元
1428．．．Cell(單元)處理器
1430．．．真實合成器圖形單元
1432．．．專用視頻隨機存取記憶體(VRAM)單元
1436．．．可滑槽卸取之硬碟驅動器(HDD)
1440a．．．碟片
1438．．．記憶卡讀取器
1440．．．Blu RayDisk BD-ROM光碟讀取器
1424．．．通用串聯匯流排(USB)2.0埠
1422．．．十億位元乙太網路埠
1420．．．IEEE802.11 b/g無線網路(Wi-Fi)埠
1418．．．Bluetooth無線鏈接埠
1404．．．遙控器
1406．．．鍵盤
1408．．．滑鼠
1410．．．攜帶式娛樂裝置
1412．．．攝影機
1414．．．頭戴式微音器
1415．．．微音器
1416．．．舊式記憶卡讀取器
1448．．．記憶卡
1442．．．顯示器及聲音輸出裝置
1446．．．揚聲器
1452．．．視頻連接器
1450．．．聲頻連接器
1560．．．記憶體控制器
1570A、1570B．．．雙匯流排介面控制器
1550．．．核心處理元件(PPE)
1510A~1510H．．．協同處理元件(SPE)
1580．．．元件互連匯流排
1470．．．雙向同時多線程核心
1555．．．PowerPC核心
1520A~1520H．．．協同處理單元(SPU)
1540A~1540H．．．記憶體流程控制器(MFC)
1542A~1542H．．．動態記憶體存取控制器(DMAC)
1544A~1544H．．．記憶體管理單元(MMU)
1562．．．XDRAM介面
2400．．．流程圖
2402~2414、2502~2514．．．操作
本發明可藉由參考結合附圖所獲得之說明而被最佳地瞭解，其中：
第1A至1B圖顯示附有球部之遊樂控制器的實施例；
第1C至1E圖描繪用於第1A至1B圖之遊樂控制器的不同操作模式；
第2A至2B圖顯示附球之遊樂控制器的其他實施例；
第3A至3B圖描繪附球之遊樂控制器的不同實施例；
第4A至4D圖顯示具有可互換之面板的附球遊樂控制器之實施例；
第5圖顯示依據一實施例之多重遊戲者環境及視覺資訊的使用以決定由該等遊戲者所把持之不同控制器的位置之示意圖；
第6A至6D圖描繪用以指定幾何形狀於自捕捉之影像所感知的形狀之不同實施例；
第7圖描繪依據一實施例之如何使用子像素分析以搜尋對應於球部的像素；
第8圖顯示依據本發明之一實施例之模糊影像以改善形狀偵測的功效；
第9圖描繪依據本發明之一實施例之若干連續捕捉之影像的使用以決定球位置；
第10圖描繪一實施例，用以自遊戲場地之縮小區域取得影像以增加準確度；
第11圖描繪依據一實施例之以少數像素之球的辨識；
第12圖描繪一實施例，用以使用高解析之攝影機的影像辨識；
第13A至13C圖描繪依據一實施例之使用可移動以面向攝影機之發光的環狀物之球偵測；
第14A至14H圖描繪依據一實施例之在球部中之可區別的環狀物之偵測；
第15A至15B圖描繪由部分之弧部以估計完整的環狀物區域之方法；
第16圖顯示一實施例，其中球振動於該處以增加被感知的球表面；
第17A至17B圖描繪可改變尺寸或外觀以改善偵測之球的實施例；
第18圖顯示具有包圍於殼體中之球部的遊樂控制器之實施例；
第19A至19B圖描繪依據一實施例之具有用以改善移動追踪之感測器的控制器；
第20圖描繪依據一實施例之使用不同來源的資訊以估定控制器位置；
第21A至21C圖描繪依據一實施例之控制器中之輪狀物的使用以初始電腦動作；
第22圖描繪依據本發明之一實施例之可使用以決定控制器位置的硬體及使用者介面；
第23圖描繪依據本發明之一實施例之可使用以處理指令的額外硬體；
第24圖係流程圖，其描繪用於決定附球遊樂控制器在遊戲場地中的位置之方法的實施例；以及
第25圖包含依據一實施例之流程圖，用於以可區別的環狀物來決定球在遊戲場地中的位置之方法。
570．．．控制器
574、578．．．區域
580．．．曲線
582．．．軌道(路徑)

Claims (33)

  1. 一種電腦實施以決定遊樂控制器在遊戲場地中的位置之方法，該方法包含：識別周遭光線情形；取決於該周遭光線的情形，使連接至該遊樂控制器的球部發光，以改善該球部的偵測；獲得出現有該遊樂控制器處之該遊戲場地的影像；搜尋與連接至該遊樂控制器的該球部相關聯之該影像中的像素；建立包圍所搜尋出之該等像素的一區域；根據與該球部相關聯之該區域以決定一幾何形狀；根據該幾何形狀計算該控制器的該位置，該幾何形狀的中心指示該控制器的水平及垂直位置，該幾何形狀決定該控制器在該遊戲場地內的深度；儲存該位置於與該電腦相關聯的記憶體之中；以及根據該儲存的位置，藉由該電腦以驅動一動作。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中決定一幾何形狀進一步包含：計算於該區域中配合之最大可能的直線，其中該幾何形狀係圓形，該最大可能的直線做為該圓形之直徑。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中決定一幾何形狀進一步包含：搜尋一圓形，該圓形最佳地包含該區域， 其中該幾何形狀係最佳地包含該區域之該圓形。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中決定一幾何形狀進一步包含：使該幾何形狀相等於該區域，以及計算該幾何形狀的質心做為該區域中之像素座標的算術平均值，其中該質心係該幾何形狀的中心。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中獲得該遊戲場地的影像進一步包含：藉由一影像捕捉裝置以模糊該影像，其中當模糊該影像時，更多的像素係發現於與該球部相關聯之該影像中。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：獲得該遊戲場地之額外的影像，針對各個額外的影像計算該控制器之一額外的位置，以及根據該等額外的位置以追踪該控制器的移動。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中計算一額外的位置進一步包含：比較該各個額外的影像與在前所獲得的影像，將來自該各個額外的影像及在前所取得的影像之資訊平均，以計算對應於該各個額外的影像之額外的位置。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中使用與該在前所獲得的影像與該各個額外的影像之年紀相關聯的權 重，以供平均該資訊之用。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：獲得一第二影像，其於所計算的該位置之周圍的縮小區域具有更高解析度，根據該第二影像以計算該控制器之精細的位置。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：在獲得該影像之前，增加攝影機解析度。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中搜尋像素進一步包含：分析與各個像素相關聯的子像素，以決定該各個像素是否與該球部相關聯。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該球部係在低周遭光線情形下發白或黃光，並當在亮光情形下發出較深色光。
  13. 一種電腦實施以決定遊樂控制器在遊戲場地中的位置之方法，該方法包含：獲得出現有該遊樂控制器處之該遊戲場地的影像；搜尋與連接至該遊樂控制器的一球部的表面上之環狀物相關聯之該影像中的像素；建立包圍所搜尋出之該等像素的一區域；根據與該環狀物相關聯之該區域以決定一橢圓；根據該橢圓計算該控制器的該位置，該橢圓的中心指示該控制器的水平及垂直位置，該橢圓的尺寸決定該控制器在該遊戲場地內的深度； 儲存該位置於與該電腦相關聯的記憶體之中；以及根據該儲存的位置，藉由該電腦以驅動一動作。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中決定一橢圓進一步包含：決定該環狀物的一部分是否於該影像中被遮蔽，當該環狀物被遮蔽時，估計對應於全部環狀物之一第二區域，以及當該環狀物被遮蔽時，根據該第二區域以決定該橢圓。
  15. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該環狀物係固定於該球部之內，其中在該橢圓中之軸的長度係使用以決定該控制器在該遊戲場地內的深度。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中使用該等軸的取向以決定該遊樂控制器的取向。
  17. 如申請專利範圍第13項之方法，其中使該環狀物發光，其中搜尋像素進一步包含決定像素是否對應於已發光的環狀物。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該球部回應於遊樂控制器之移動而移動，以便安置該環狀物面向一影像捕捉裝置。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法，其中使用該球部之移動以決定該控制器之取向。
  20. 一種電腦實施以決定遊樂控制器在遊戲場地中的位置之方法，該方法包含： 識別周遭光線情形；取決於該周遭光線情形，使連接至該遊樂控制器的球部發光，以改善該球部的偵測；獲得出現有該遊樂控制器處之該遊戲場地的影像；接收來自該遊樂控制器之狀態資訊；決定與連接至該遊樂控制器的該球部相關聯之幾何形狀；根據該狀態資訊及該幾何形狀之性質的組合，以計算該控制器之位置；儲存該位置於與該電腦相關聯的記憶體之中；以及根據該儲存的位置，藉由該電腦以驅動一動作。
  21. 如申請專利範圍第20項之方法，其中該遊樂控制器可以以不同的方式把持，其中該狀態資訊包含於該控制器中正被按壓按鈕以決定該控制器取向。
  22. 如申請專利範圍第20項之方法，其中該球部係包圍於一半透明殼體之中，該半透明殼體使影像捕捉裝置能捕捉該球部的影像。
  23. 如申請專利範圍第22項之方法，其中該半透明殼體僅允許光以自該球形片段至該影像捕捉裝置的方向通過，且不允許光以相反的方向通過。
  24. 如申請專利範圍第20項之方法，其中該球部振動以增加與該球部相關聯之像素數目，其中該狀態資訊指示該球部正在振動。
  25. 如申請專利範圍第20項之方法，其中該球部擴 大以增加與該球部相關聯之像素數目，其中該狀態資訊包含該球部的尺寸。
  26. 如申請專利範圍第20項之方法，其中該狀態資訊包含來自加速度計、陀螺儀或磁強計的至少之一者的資訊。
  27. 如申請專利範圍第26項之方法，進一步包含：分析在若干像框上的感測器資訊及該控制器之所計算的位置，以決定該控制器之取向。
  28. 如申請專利範圍第26項之方法，其中計算該位置進一步包含：偵測該球部何時可見；當該球部可見時，使用影像資訊以供決定該位置之用，以及當該球部係不可見時，切換至方位推估法以供決定該位置之用。
  29. 如申請專利範圍第20項之方法，其中該控制器包含一輪狀物，該輪狀物係座落於該控制器的本體周邊之一部分的周圍，且相對於該本體之把持部分而水平地取向，該輪狀物提供受控制之方向性移動。
  30. 如申請專利範圍第20項之方法其中該控制器進一步包含一輪狀物輸入於該控制器之中，其中驅動一動作進一步包含：偵測該遊樂控制器之x、y、或z取向，以及 當啟動該輪狀物時，移動與該控制器相關聯之項目於該遊樂控制器之取向的方向中。
  31. 如申請專利範圍第30項之方法，其中當取向於y方向之中時，該遊樂控制器造成垂直選單的遍歷，其中當取向於x方向之中時，該遊樂控制器造成水平選單的遍歷。
  32. 一種用以決定遊樂控制器在遊戲場地中的位置之系統，該系統包含：一遊樂控制器，出現於該遊戲場地之中；一球部，係連接至該控制器；一影像捕捉裝置，係用以獲得該遊戲場地的影像；一電腦裝置，係連接至該影像捕捉裝置，該電腦裝置包含處理器及記憶體，該記憶體包含：由該影像捕捉裝置所捕捉之影像，對應於所捕捉之該影像之位置，以及用以計算該位置之影像分析程式，其中來自該影像分析程式之程式指令包含：用以識別周遭光線情形的程式指令；用以取決於該周遭光線情形，使球部發光以改善該球部的偵測的程式指令；用以搜尋與該球部相關聯之該影像中的像素之程式指令；用以建立包圍所搜尋出之該等像素的一區域之程式指令； 用以根據與該球部相關聯之該區域以決定一幾何形狀的程式指令；用以根據該幾何形狀以計算該控制器的位置之程式指令；以及用以根據該位置而藉由該電腦裝置以驅動一動作的程式指令。
  33. 一種嵌入於電腦可讀取儲存媒體中之電腦程式，當藉由一或更多個處理器以執行時，其係用以決定遊樂控制器在遊戲場地中的位置，該電腦程式包含：用以識別周遭光線情形的程式指令；用以取決於該周遭光線，使連接至該遊樂控制器的球部發光，以改善該球部的偵測的程式指令；用以獲得出現有該遊樂控制器處之該遊戲場地的影像之程式指令；用以搜尋與連接至該遊樂控制器的該球部中之環狀物相關聯之該影像中的像素之程式指令；用以建立包圍所搜尋出之該等像素的一區域之程式指令；用以根據與該環狀物相關聯之該區域以決定一橢圓的程式指令；用以根據該橢圓決定該控制器的位置的程式指令，該橢圓的中心指示該控制器的水平及垂直位置，該橢圓的尺寸決定該控制器在該遊戲場地內的深度；用以儲存該位置於與該電腦相關聯的記憶體之中的程 式指令；以及用以根據該儲存的位置而藉由該電腦以驅動一動作之程式指令。
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